专利名称：一种测斜仪的自动校准方法
技术领域：
本发明涉及工控机测控领域，具体用于测斜仪校准中角度的自动生成和数据的自 动分析处理。
背景技术：
测斜仪主要应用于道路、桥梁、大坝及岩土工程安全检测，它适用于煤矿工程、地 质钻孔、防渗灌浆孔、桩抽芯孔、岩土工程的测量钻孔和非磁性矿地区以及无铁套管的钻孔 斜度测量，还可以测量深基坑、边坡、地基、水平位移以及剖面沉降等。
该仪器采用倾角传感器作为敏感元件，它是一个力平衡式伺服系统，当传感器探 头相对于地球重心方向产生倾角时，由于重力作用，传感器中敏感元件相对于铅锤方向摆 动一个角度，通过高灵敏的微电子换能器将此角度转换成信号，经过分析处理显示被测对 象的倾斜角度，其检测精度对工程质量及工程安全影响很大。
目前，国内无该仪器的国家检定规程及成熟的校准设备。大多数厂家都采用游标 角度尺进行检测，这种方法检测精度低，定位困难，很难保证测量的准确性和可靠性。市场 上急需对测斜仪进行精确校准和定量分析的仪器。
在国内所查公开文献范围内，国内有将光栅原理、步进电机驱动及工控机控制技 术在校准、测量装置中应用的研究报道，同时已见测斜仪检定装置的产品信息，但未与本项 目研究内容完全相同的，用圆光栅作为标准、步进电机驱动、用工控机进行控制、读数及数 据处理，完全采用闭环系统实现对测斜仪全自动、多角度的校准和检测装置。发明内容
本发明目的在于提供一种倾斜仪自动校准系统，提高倾斜仪的校准精度，简化校 准过程。
本发明是采取以下的技术方案来实现的一种测斜仪的自动校准方法，其特征在于，包括以下步骤1)将工控机与数据采集卡相连接，数据采集卡与用于测量转动角度的圆光栅传感器、 用于带动机械传动机构的电机的控制器相连接，电机与机械传动机构相连接，机械传动机 构与用于装夹测斜仪的检测平台相连接，将圆光栅传感器安装于检测平台的轴上；2)通过 工控机内的程序读入用户设定的一系列数值，并由此计算得到控制电机的脉冲数，所述用 户设定的数值为根据测斜仪实测的角度数据而设定；幻工控机通过数据采集卡输出控制 脉冲到电机控制器，从而控制电机转过相应的角度，并通过机械传动机构带动检测平台和 圆光栅传感器转动，圆光栅传感器将检测到的转动角度以脉冲的形式通过数据采集卡发送 到工控机保存，即实时保存检测平台的当前位置，并与步骤2)中设定的角度数据进行比较， 达到设定值时，工控机发送停止命令，电机停止转动，此时由用户输入测斜仪的读数，然后 开始下一个点的测量；4)重复步骤幻，直到所有的点都检测完毕，最后由程序分析得到标定方程与误差，将校准结果相关信息输出到Excel表格中。
前述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于所述校准结果相关信息包括校准点 角度、测斜仪读数、实测角度、标定方程和误差信息。
前述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在步骤1)之前包括调零的步骤，具 体方法为由工控机控制电机向左转和向右转，同时利用水平仪来检测检测平台是否水平， 当达到零位时，点击确定保存该零位信息。
前述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在步骤1)之前包括回零的步骤，具 体方法为工控机根据圆光栅传感器零位光栅的位置和检测平台当前位置决定回零方向， 然后先回到零位光栅处，再根据保存的零位信息回到真正的零位。用来消除长期工作的积累误差。
前述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在步骤3)中，所述实时保存检测平 台的当前位置，是由工控机上的文本文件保存的，在测量过程中实时更新保存，系统上电启 动时可以得知上次运行后检测平台的位置。
前述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在所述步骤3)中，所述标定方程为 利用最小二乘法拟合所得到的一个一元三次方程
权利要求
1.一种测斜仪的自动校准方法，其特征在于，包括以下步骤1)将工控机与数据采集卡相连接，数据采集卡与用于测量转动角度的圆光栅传感器、 用于带动机械传动机构的电机控制器相连接，电机与机械传动机构相连接，机械传动机构 与用于装夹测斜仪的检测平台相连接，将圆光栅传感器安装于检测平台的轴上；2)通过工控机内的程序读入用户设定的一系列数值，并由此计算得到控制电机的脉冲 数，所述用户设定的数值为根据测斜仪实测的角度数据而设定；3)工控机通过数据采集卡输出控制脉冲到电机控制器，从而控制电机转过相应的角 度，并通过机械传动机构带动检测平台和圆光栅传感器转动，圆光栅传感器将检测到的转 动角度以脉冲的形式通过数据采集卡发送到工控机保存，即实时保存检测平台的当前位 置，并与步骤2)中设定的角度数据进行比较，达到设定值时，工控机发送停止命令，电机停 止转动，此时由用户输入测斜仪的读数，然后开始下一个点的测量；4)重复步骤幻，直到所有的点都检测完毕，最后由程序分析得到标定方程与误差，将 校准结果相关信息输出到Excel表格中。
2.根据权利要求1所述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于所述校准结果相关信 息包括校准点角度、测斜仪读数、实测角度、标定方程和误差信息。
3.根据权利要求1所述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在步骤1)之前包括调 零的步骤，具体方法为由工控机控制电机向左转和向右转，同时利用水平仪来检测检测平 台是否水平，当达到零位时，点击确定保存该零位信息。
4.根据权利要求1所述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在步骤1)之前包括回 零的步骤，具体方法为工控机根据圆光栅传感器零位光栅的位置和检测平台当前位置决 定回零方向，然后先回到零位光栅处，再根据保存的零位信息回到真正的零位。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在步骤 3)中，所述的实时保存检测平台的当前位置是由工控机上的文本文件保存的，在测量过程 中实时更新保存，系统上电启动时可以得知上次运行后检测平台的位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的测斜仪的自动校准方法，其特征在于在所述 步骤3)中，所述标定方程为利用最小二乘法拟合所得到的一个一元三次方程其中“力检#声合转动角度，即测斜仪转过的角度9为测斜仪读数，a、b、c、d为拟 合系数；所述测斜仪的工作方程为= [ Sm(“+^ P+c F2 F3) 其中“力测斜仪的长度，S为测斜仪的垂直投影的长度。
全文摘要
本发明公开了一种测斜仪自动校准方法，其步骤为首先通过工控机软件读入设定的一系列数值，并计算得到控制步进电机的脉冲数;其次,工控机通过数据采集卡输出控制脉冲到步进电机控制器，从而控制步进电机转过相应的角度，并通过机械传动机构带动检测平台和圆光栅传感器转动；然后，圆光栅传感器将检测到的转动角度以脉冲的形式通过数据采集卡发送到工控机，并与设定的角度进行比较，达到设定值时，工控机发送停止命令，电机停止转动，此时由用户输入测斜仪的读数;最后,由软件分析得到标定方程与误差。本发明实现了测程范围无限制、多角度连续的高精度校准，其中校准精度可达到3″，特别适用于测斜仪生产企业、使用单位及计量技术机构等单位中测斜仪的校准。
文档编号G01B11/26GK102032921SQ20101054070
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者徐贵力, 朱岳辉, 杨小伟, 毛志萍, 蒋琦, 谈冬兴 申请人:南京航空航天大学